Zirbeldrüse in neuem Licht

Fehlt Zebrafischen ein bestimmtes Protein, entwickeln sich beide Gehirnhälften symmetrisch und das so genannte Schlafhormon Melatonin wird nicht mehr gebildet. Diese Ergebnisse publizieren die Freiburger Biologen Theresa Schredelseker und Prof. Dr. Wolfgang Driever in der Fachzeitschrift „Development“. Ihre Untersuchungen rund um die zum Gehirn gehörende Zirbeldrüse zeigen eine genetische Verbindung von Links-Rechts-Asymmetrie und Tag-Nacht-Rhythmus.

Die Zirbeldrüse ist relativ klein und liegt bei Menschen tief im Gehirn, bei Zebrafischen hingegen direkt unter der Schädeldecke. Ihre Hauptfunktion ist jedoch bei Fisch und Mensch die gleiche: die Freisetzung von Melatonin, die nur nachts erfolgt. Während die Information über das Tageslicht die menschliche Zirbeldrüse nur indirekt über das Auge erreicht, ist die Zirbeldrüse von Fischen direkt lichtempfindlich. Mit Hilfe von genetischen Werkzeugen erreichten die Forschenden, dass der Zebrafisch das Protein Brain-specific homeobox (Bsx) nicht mehr bilden kann. Fehlt den Fischen dieses Protein, entwickeln sich die lichtempfindlichen Zellen der Zirbeldrüse nicht normal und können kein Melatonin mehr bilden. In früheren Studien demonstrierten amerikanische Forschende, dass Zebrafische ohne Melatonin einen gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus aufweisen. Damit zeigen Fische ähnliche Syndrome wie Menschen, deren Melatonin-Rhythmus durch Schichtarbeit oder nächtliche Smartphone-Nutzung durcheinandergerät.

Das Fehlen von Bsx betrifft die Zirbeldrüse des Zebrafischs noch aus einem anderen Grund: Am zweiten Tag der Embryonalentwicklung beginnen dort Zellen auszuwandern, und zwar fast immer nach links. Diese Zellen beeinflussen das umgebende Gewebe und tragen damit entscheidend zur Links-Rechts-Asymmetrie des Gehirns bei. Ohne Bsx hingegen werden diese Zellen nicht gebildet und es entwickeln sich zwei rechte Gehirnhälften. Während sich die Freiburger Biologen auf die Embryonalentwicklung konzentrieren, eröffnet ihre Arbeit auch neue Möglichkeiten für Verhaltensstudien. Kürzlich demonstrierten amerikanische Labore, dass symmetrische Gehirne in Fischen zu Verhaltensauffälligkeiten führen, die sich als verstärkte Angstzustände interpretieren lassen.

Der etwa vier Zentimeter lange Zebrafisch hat sich in den vergangenen Jahrzehnten als eines der beliebtesten Modelltiere für die Genetik etabliert. Er vermehrt und entwickelt sich schnell: ein Weibchen hat wöchentlich bis zu 300 Eier; nach zwölf bis 16 Wochen ist ein Zebrafisch geschlechtsreif. Seine Embryonen sind durchsichtig, sodass sich alle Zellen bis ins frühe Larvenstadium gut erkennen lassen. Als Wirbeltier besitzt er viele Gene, die bei Säugetieren und damit auch beim Menschen dieselben oder ähnliche Funktionen haben.

Die Freiburger Biologen um Wolfgang Driever untersuchen Signalvorgänge in der Zebrafischentwicklung im Rahmen des Exzellenzclusters BIOSS – Centre for Biological Signalling Studies der Albert-Ludwigs-Universität. Die neue Zebrafischlinie, in der kein Bsx mehr gebildet wird, könnte anderen Forschungsgruppen als Modell dienen, um Fehlentwicklungen der Zirbeldrüse und damit zusammenhängende Verhaltensänderungen zu untersuchen.

Original Veröffentlichung:

Bsx controls pineal complex development.
Schredelseker T, Driever W.
Development. 2018 Jun 26. [Epub ahead of print]

http://dev.biologists.org/content/early/2018/06/21/dev.163477.long